WO2013024533A1 - 電池システム - Google Patents

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WO2013024533A1
WO2013024533A1 PCT/JP2011/068602 JP2011068602W WO2013024533A1 WO 2013024533 A1 WO2013024533 A1 WO 2013024533A1 JP 2011068602 W JP2011068602 W JP 2011068602W WO 2013024533 A1 WO2013024533 A1 WO 2013024533A1
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ventilation
battery system
battery
battery module
unit
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PCT/JP2011/068602
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English (en)
French (fr)
Inventor
賢治 武田
田中　融
Original Assignee
株式会社日立製作所
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery system that maintains a battery module formed by connecting a plurality of battery cells at an appropriate temperature.
  • a battery system including a battery module formed by connecting a plurality of secondary batteries (battery cells) such as a nickel metal hydride battery and a lithium ion battery is used.
  • battery cells battery cells
  • Some of these battery systems can output megawatt-class power by combining a plurality of battery modules.
  • a temperature adjustment technique for battery cells for example, in Patent Document 1, in a vehicle that is driven by supplying electric power stored in a power storage device to a motor as a power source, the battery cell is connected to an intake passage and an exhaust passage, A flow path for forming a circulation flow path for circulating air exhausted from the exhaust flow path to the passenger compartment to the intake flow path, and a recirculation path for air flowing through the intake flow path and the exhaust flow path through the circulation flow path There is disclosed a temperature control device for a power storage device having a switching means and a flow path switching means arranged at a boundary with a passenger compartment.
  • Patent Document 1 the temperature adjustment technique according to Patent Document 1 is applied to a structure such as a vehicle that has an indoor part, an outdoor part, and a boundary that partitions these parts, and has an installation space for a power storage device outside the outdoor part. Only in the case of application, the efficiency of arrangement space of the device itself can be improved, and there is a problem that the versatility of the structure as an application target is lacking.
  • This invention was made in order to solve the said subject, and it aims at enabling it to maintain a battery module at appropriate temperature, maintaining the versatility of the structure as an application object.
  • the present invention includes a housing having an internal space, a battery module provided in the internal space and connected to a plurality of battery cells, and an intake port provided in the housing for taking air into the internal space.
  • a ventilation amount adjustment for adjusting the amount of air passing through a ventilation port extending from the intake port to the discharge port; and a discharge port for discharging the air in the internal space to the outside of the housing.
  • the battery module is provided in the ventilation path.
  • the battery module can be maintained at an appropriate temperature while maintaining the versatility of the structure as the application target.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of the battery system 11 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an enlarged configuration around the movable damper of the battery system 11 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view of the external appearance of the battery system 11 according to the first embodiment as viewed from the front side.
  • FIG. 4 is a perspective view of the external appearance of the battery system 11 according to the first embodiment as viewed from the rear side.
  • the battery system 11 according to the first embodiment includes a rectangular parallelepiped housing 13 having an internal space, a battery module 15, an intake port 17, a discharge port 19, a blower unit 20, And an integrated control unit 25.
  • each of the air blowing unit 20, the damper mechanism unit 23, and the integrated control unit 25 functions as the “ventilation amount adjusting unit” of the present invention.
  • the blower unit 20 corresponds to the “ventilation creation unit” of the present invention
  • the damper mechanism unit 23 corresponds to one aspect of the “ventilation amount adjustment mechanism” of the present invention
  • the integrated control unit 25 corresponds to the present invention.
  • control unit corresponds to “control unit”.
  • the battery module 15 includes a DC power supply circuit 31 and a battery cell monitoring unit 33. As shown in FIG. 3, the battery module 15 is accommodated in a box 16 having a substantially rectangular parallelepiped shape. Actually, as shown in FIG. 3, a plurality of battery modules 15 housed in the box 16 are provided in the inner space of the housing 13 in parallel (five in the example of FIG. 3) and spaced apart from each other. ing.
  • the DC power supply circuit 31 is configured by connecting a plurality (three in the example of FIG. 1) battery cells 35 in series.
  • a battery cell 35 for example, a lithium ion secondary battery can be suitably used.
  • Each of the plurality of battery cells 35 is provided with a cell temperature sensor 37 that detects the temperature around the battery cell 35 and a cell voltage sensor (not shown) that detects a cell voltage.
  • the battery cell monitoring unit 33 is provided one-on-one with respect to one battery module 15. In the example shown in FIG. 3, five battery cell monitoring units 33 are provided.
  • the battery cell monitoring unit 33 has a management function for the plurality of battery cells 35 constituting the battery module 15. Specifically, the battery cell monitoring unit 33 acquires detection values related to the respective temperatures and voltages from the cell temperature sensor 37 and the cell voltage sensor, and charges each battery cell 35 based on these detection values. The degree (SOC: State Of Charge) is obtained by taking temperature correction into account. In addition, the battery cell monitoring unit 33 diagnoses overcharge or overdischarge based on the cell voltage for each battery cell 35.
  • the intake port 17 is provided on the front side of the housing 13 (the side on which the box 16 in which the battery module 15 is accommodated is desired).
  • the intake port 17 plays a role of taking air into the internal space of the housing 13.
  • An intake port 17 may be provided on the front side of the box 16.
  • the discharge port 19 is provided on the rear side of the housing 13 (the installation side of the blower fan 21).
  • the discharge port 19 serves to discharge the air in the internal space of the housing 13 to the outside of the housing 13.
  • a discharge port 19 may be provided on the rear side of the box 16.
  • a ventilation path 18, which is a wind passage, is provided in the internal space of the housing 13 from the intake port 17 to the discharge port 19, a ventilation path 18, which is a wind passage, is provided.
  • a plurality of boxes 16 each housing the battery module 15 are provided in parallel and spaced apart from each other so as to sandwich the ventilation path 18.
  • the air blower 20 is provided on the rear side of the housing 13.
  • the blower unit 20 includes a blower fan 21 and a fan motor 22.
  • the blower fan 21 is rotationally driven by a fan motor 22 as shown in FIG.
  • FIGS. 1 to 4 when the battery module 15 needs to be cooled, the blower 20 plays a role of creating a flow of wind from the front side through the ventilation path 18 to the rear side.
  • the damper mechanism portion 23 is provided between the box 16 in which the battery module 15 is accommodated and the blower fan 21 with reference to the flow direction of the wind in the ventilation path 18.
  • the damper mechanism unit 23 plays a role of adjusting the amount of ventilation by changing the cross-sectional area of the ventilation path 18.
  • the damper mechanism portion 23 includes a plurality of (three in the example of FIG. 2) dampers 41 corresponding to the “rotating member” of the present invention, and a rotation support shaft 43 of the damper 41.
  • Each of the plurality of dampers 41 rotates so that one side (rotating support shaft 43) is pivotally supported by the housing 13 and the other side (free end side) opens or closes the ventilation path 18.
  • the damper 41a positioned in a state where the ventilation path 18 is most opened is indicated by a solid line
  • the damper 41b positioned in a state where the ventilation path 18 is completely closed is indicated by a two-dot chain line.
  • the rotation support shaft 43 of any one of the plurality of dampers 41 (the damper 41 positioned at the top in the example of FIG. 2) includes a damper drive motor 45 that applies a rotational force to the rotation support shaft 43, and this Drive-side pulleys 47 for transmitting the rotational force of the rotation support shaft 43 to the other dampers 41 are provided.
  • the other damper 41 described above is provided with a pair of driven pulleys 48, respectively.
  • Each of the driving pulley 47 and the pair of driven pulleys 48 is provided with external teeth (not shown).
  • a driving belt 49 having inner teeth 49a that mesh with the above-described outer teeth is stretched between the driving pulley 47 and the pair of driven pulleys 48.
  • the electric power for operating the ventilation part 20, the damper mechanism part 23, and the integrated control part 25 is supplied from the own battery module 15.
  • FIG. you may employ
  • the integrated control unit 25 is connected to a plurality (five in the example of FIG. 3) of battery cell monitoring units 33 and to the fan motor 22 and the damper drive motor 45, respectively. As will be described in detail later, the integrated control unit 25 weakens the rotational operation of the fan motor 22 and reduces the ventilation path 18 when the correlation value of the temperature detection value by the cell temperature sensor 37 is equal to or lower than a predetermined reference temperature value. It has a function of performing control (thermal insulation operation control) to adjust the ventilation amount of the air to zero side.
  • the battery cell monitoring unit 33 includes cell temperature information based on the cell temperatures acquired from a plurality (three in the example of FIG. 1) of cell temperature sensors 37 (for example, an average value and a minimum value of a plurality of cell temperature values). Value, maximum value, etc.) are passed to the integrated control unit 25 via the communication line 39 (see FIG. 1). In response to this, the integrated control unit 25 totals the cell temperature information regarding each of the plurality (five in the example of FIG. 3) of the battery modules 15 and performs an appropriate calculation (for example, an average value, minimum value of the plurality of cell temperature information). By operating the value, the maximum value, etc., the operation is performed so as to obtain the representative characteristic temperature Tc.
  • the integrated control unit 25 performs comparison / determination related to the magnitude relationship between the obtained representative characteristic temperature Tc and the first and second reference temperature threshold values T1 and T2 set in advance, and the determination result Accordingly, control in the normal operation mode or the heat insulation operation mode described later is executed.
  • the integrated control unit 25 performs normal operation. Ventilation adjustment control is performed by mode.
  • the drive belt 49 moves in the direction opposite to the B direction in FIG. 2 as the damper drive motor 45 rotates counterclockwise.
  • the driving pulley 47 and the pair of driven pulleys 48 provided on the rotation support shaft 43 of the damper 41 rotate in the counterclockwise direction.
  • the damper 41 rotates in the opening direction opposite to the A direction in FIG.
  • the ventilation amount adjustment control in the normal operation mode the fan motor 22 rotates at a speed according to the drive control signal sent from the integrated control unit 25.
  • the ventilation amount adjustment control in the normal operation mode a case is assumed in which the cell temperature of the battery module 15 tends to increase due to Joule heat accompanying the charging or discharging operation, and in such a case, the battery module 15 is accommodated.
  • the wind is passed along the side of the box 16.
  • the damper 41 is in an open state, and the blower fan 21 is rotating. For this reason, the ventilation along the side surface of the box 16 is smoothly performed without hindering the flow. Thereby, heating of the battery module 15 is suppressed and the battery module 15 is maintained at an appropriate temperature.
  • the integrated control unit 25 performs the heat keeping operation mode. Ventilation adjustment control is performed by.
  • the drive belt 49 moves in the direction B in FIG. 2 as the damper drive motor 45 rotates in the clockwise direction.
  • the driving pulley 47 and the pair of driven pulleys 48 provided on the rotation support shaft 43 of the damper 41 rotate in the clockwise direction.
  • the damper 41 rotates in the closing direction indicated by the A direction in FIG. Thereby, the flow of the wind in the ventilation path 18 is interrupted to keep the battery module 15 warm.
  • the fan motor 22 stops its rotation in accordance with the drive control signal sent from the integrated control unit 25.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining the temperature control operation of the battery system 11 according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a time chart for explaining the temperature control operation of the battery system 11 according to the first embodiment.
  • the process flow shown in FIG. 5 is arbitrarily determined in advance at predetermined time intervals (for example, every 3 seconds) when the main power switch (not shown) of the battery system 11 according to the first embodiment is turned on. Time).
  • step S1 the integrated control unit 25 performs a process of obtaining the representative characteristic temperature Tc.
  • the acquisition of the representative characteristic temperature Tc is performed by the following procedure. That is, the integrated control unit 25 totals the cell temperature information sent from a plurality of (five in the example of FIG. 3) battery cell monitoring units 33 and performs an appropriate calculation (for example, an average value of the plurality of cell temperature information).
  • the representative characteristic temperature Tc is obtained by taking a minimum value, a maximum value, or the like.
  • the representative characteristic temperature Tc corresponds to the “correlation value of the temperature detection value by the battery temperature detection unit (cell temperature sensor 37)” of the present invention.
  • step S ⁇ b> 2 the integrated control unit 25 determines whether the operation mode of the battery system 11 according to the first embodiment is the normal operation mode for cooling the battery module 15 or the heat retention operation mode for keeping the battery module 15 warm. Find out.
  • the integrated control unit 25 advances the process flow to step S3.
  • the integrated control unit 25 advances the process flow to step S4.
  • step S3 the integrated control unit 25 determines the representative characteristic temperature Tc acquired in step S1 and the first reference temperature threshold value T1. Comparison / determination related to the size relationship.
  • step S3 when it is determined that the representative characteristic temperature Tc is equal to or higher than the first reference temperature threshold T1 (see “No” in step S3), the integrated control unit 25 Control is performed to maintain the operation mode of the battery system 11 according to the first embodiment in the normal operation mode as it is, and after the execution of this control, the processing flow is terminated.
  • step S4 determines whether the representative characteristic temperature Tc is lower than the first reference temperature threshold value T1 (see “Yes” in step S3) as a result of the comparison / determination in step S3.
  • the integrated control unit 25 performs control (see time t1 in FIG. 6) to switch the operation mode of the battery system 11 according to the first embodiment from the normal operation mode to the heat insulation operation mode using the following procedure. Specifically, the integrated control unit 25 performs control (insulation operation control) of weakening the operation of the fan motor 22 and adjusting the ventilation rate to zero by driving the damper 41 to the closed state side.
  • step S4a the integrated control unit 25 performs control to weaken the operation of the fan motor 22.
  • weakening the operation of the fan motor 22 means operating at a lower rotational speed than the rotational speed of the fan motor 22 until just before. Further, operating at a low rotational speed includes stopping the rotation of the fan motor 22.
  • the control to weaken the operation of the fan motor 22 prior to driving the damper 41 to the closed state side is intended to reduce the load on the damper drive motor 45. That is, if the damper 41 is driven to the closed state in a state where the ventilation amount in the ventilation path 18 is large, a large driving force that resists air resistance is required, and a great load is imposed on the damper driving motor 45. Because it becomes.
  • step S4b the integrated control unit 25 performs control to adjust the ventilation rate to the zero side by driving the damper 41 to the closed state side.
  • driving the damper 41 to the closed state side means that the damper drive motor 45 is driven so as to be positioned on the closed state side as compared with the rotational position of the damper 41 until immediately before.
  • positioning on the closed state side includes positioning the damper 41 (see 41b in FIG. 2) in a state where the ventilation path 18 is completely closed.
  • the integrated control unit 25 After execution of the operation mode switching control described above, the integrated control unit 25 ends the processing flow.
  • step S5 the integrated control unit 25 determines the representative characteristic temperature Tc acquired in step S1 and the second reference temperature threshold value. Comparison / determination related to the magnitude relationship with T2.
  • step S5 when it is determined that the representative characteristic temperature Tc is equal to or lower than the second reference temperature threshold value T2 (see “No” in step S5), the integrated control unit 25 Control is performed to maintain the operation mode of the battery system 11 according to the first embodiment in the heat insulation operation mode as it is, and after the execution of this control, the processing flow is terminated.
  • step S6 determines whether the representative characteristic temperature Tc is higher than the second reference temperature threshold value T2 (see “Yes” in step S5) as a result of the comparison / determination in step S5, in step S6.
  • the integrated control unit 25 performs control (see time t2 in FIG. 6) for switching the operation mode of the battery system 11 according to the first embodiment from the heat insulation operation mode to the normal operation mode. End the flow.
  • the representative characteristic temperature Tc and the first reference temperature threshold value T1 are A configuration is used to compare and judge the size relationship.
  • the case where the request for switching the operation mode of the battery system 11 according to the first embodiment from the normal operation mode to the heat insulation operation mode is caused by Joule heat accompanying the charging or discharging operation as shown in FIG.
  • This also corresponds to the case where the cell temperature of the battery module 15 tends to decrease.
  • the heat dissipation of the battery module 15 is suppressed and the battery module 15 is maintained at an appropriate temperature.
  • the representative characteristic temperature Tc and the second reference temperature threshold T2 (first reference temperature threshold T2) A configuration is employed in which the magnitude relationship with (and set to a value higher than the temperature threshold value T1) is compared and determined.
  • the case where the request for switching the operation mode of the battery system 11 according to the first embodiment from the heat insulation operation mode to the normal operation mode is caused by Joule heat accompanying the charging or discharging operation as shown in FIG. This corresponds to a case where the cell temperature of the battery module 15 tends to rise. In such a case, cooling of the battery module 15 is promoted by passing air along the side surface of the box 16 in which the battery module 15 is accommodated.
  • the forward path and The return path gives different hysteresis characteristics.
  • the operation mode of the battery system 11 according to the first embodiment suppresses a so-called hunting phenomenon that frequently switches in a short time.
  • the number and arrangement of the battery cells 35 in the battery module 15 are not particularly limited. For example, a configuration in which seven battery cells 35 are connected in series can be employed.
  • the first reference temperature threshold value T1 is not particularly limited, but, for example, about 0 to 5 degrees Celsius can be suitably used.
  • the second reference temperature threshold value T2 is not particularly limited, but, for example, about 5 degrees to 15 degrees Celsius can be suitably employed.
  • Such set values for the first and second reference temperature threshold values T1 and T2 are preferable in maintaining the performance when a lithium ion secondary battery is employed as the battery cell 35.
  • the “ventilation amount adjusting unit” that adjusts the amount of air passing through the ventilation path 18 from the intake port 17 to the discharge port 19, the air blowing unit 20, the damper mechanism unit 23, and The battery module 15 is provided in the ventilation path 18.
  • a temperature control system can be introduce
  • the blower unit 20 that creates the flow of wind through the ventilation path 18, and the disconnection of the ventilation path 18.
  • an integrated control unit 25 control unit for controlling either one of the ventilation amount adjustment operations. Therefore, according to the battery system 11 according to the first embodiment, fine temperature adjustment can be realized by controlling at least one of the strength of the wind flow and the magnitude of the air flow.
  • the damper mechanism portion 23 (air flow rate adjusting mechanism) has one side (rotating support shaft 43) pivotally supported by the housing 13 and the other side (free end side) ventilated.
  • the damper 41 (rotating member) rotates so as to open or close the path 18. Therefore, according to the battery system 11 according to the first embodiment, fine temperature adjustment can be realized by controlling the ventilation rate through adjusting the rotational position of the damper 41.
  • the fan motor 22 when the operation mode is controlled to be switched from the normal operation mode to the heat insulation operation mode, the fan motor 22 is driven before the damper 41 is driven to the closed state side.
  • a configuration that performs control to weaken the operation is adopted. Therefore, according to the battery system 11 according to the first embodiment, the load on the damper drive motor 45 that rotationally drives the damper 41 can be reduced through reducing the air resistance in the ventilation path 18.
  • the forward path and the return path with respect to the reference temperature threshold values (first and second threshold values T1 and T2) that determine the timing for switching the operation mode.
  • a configuration that gives different hysteresis characteristics is adopted. Therefore, according to the battery system 11 according to the first embodiment, a so-called hunting phenomenon in which the operation mode is frequently switched in a short time can be suppressed.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating an appearance of the battery system 71 according to the second embodiment.
  • the battery system 71 according to the second embodiment and the battery system 11 according to the first embodiment have almost the same basic configuration. Therefore, members having a common function between them are denoted by common reference numerals, and redundant description thereof is omitted. Then, the explanation will proceed by focusing on the differences between the two.
  • first embodiment in the battery system 11 according to the first embodiment, one blower 20 and one damper mechanism 23 are provided for each housing 13.
  • a plurality (five in the example of FIG. 7) of battery modules 15 are accommodated in each of the storage racks 73 (five in the example of FIG. 7).
  • the housing 13 is stacked in the vertical direction.
  • the individual casings 13 are not provided with the blower unit 20, the damper mechanism unit 23, and the integrated control unit 25.
  • One integrated control unit 25 that controls the ventilation amount adjustment of the battery modules 15 housed in each of the battery modules 15 is provided.
  • the point provided with the intake port 17 and the ventilation path 18 between the some box 16 which accommodated each battery module 15, and the discharge port 19 in the ventilation part 20 are provided. This is the same as in the first embodiment.
  • the battery system 71 according to the second embodiment employs a configuration in which a plurality of casings 13 each storing a plurality of battery modules 15 are stored in a single storage rack 73 so as to be stacked in the vertical direction. Therefore, according to the battery system 71 according to the second embodiment, the temperature adjustment of each battery module can be appropriately realized even when a large-scale battery system is constructed.
  • FIG. 8A is a perspective view illustrating an appearance of a battery system 81 according to the third embodiment.
  • FIG.8 (b) is the figure which looked at the front part of the battery system 81 which concerns on 3rd Embodiment from the right side.
  • the battery system 81 according to the third embodiment and the battery system 11 according to the first embodiment have almost the same basic configuration. Therefore, members having a common function between them are denoted by common reference numerals, and redundant description thereof is omitted. Then, the explanation will proceed by focusing on the differences between the two.
  • the damper mechanism portion 23 that functions as the “ventilation amount adjusting portion” of the present invention is provided on the rear side of one housing 13.
  • the first feature is that a ventilation amount adjustment mechanism 83 that functions as the “aeration amount adjustment portion” of the present invention is also provided on the front side of one housing 13. This is very different from the embodiment. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the air flow rate adjusting mechanism 83 includes a pair of guide rails 85a and 85b provided on the upper and lower sides of the front side of the housing 13 and a flat shutter member 87, respectively.
  • the shutter member 87 corresponds to the “moving member” of the present invention.
  • the space between the plurality of boxes 16 containing the individual battery modules 15 (corresponding to the “ventilating portion through which the wind passes” in the present invention) and the front side surface of the plurality of boxes 16 (the “wind” in the present invention).
  • the “ventilating member” of the present invention is formed by a combination with the “wind shielding portion”.
  • the pair of guide rails 85a and 85b have U-shaped grooves 86 each having a substantially U-shaped cross section.
  • the guide rails 85a and 85b are provided so that the open sides of the U-shaped groove 86 face each other.
  • the lengths of the pair of guide rails 85a and 85b are substantially the same as the lengths of the upper and lower sides of the front side of the housing 13.
  • the shutter member 87 is formed in a size that can substantially cover the front side of the housing 13.
  • the shutter member 87 is reciprocally movable along the longitudinal direction of the guide rails 85a and 85b by fitting the upper and lower sides of the shutter member 87 into the U-shaped grooves 86 of the pair of guide rails 85a and 85b (FIG. 8A ) In the direction indicated by the arrow 88).
  • the shutter member 87 is provided with a plurality of rectangular ventilation holes 89 (six in the example of FIG. 8A) extending in the upward direction at equal intervals in the longitudinal direction of the guide rails 85a and 85b. ing.
  • the ventilation hole 89 in the shutter member 87 is formed between the plurality of boxes 16 containing the individual battery modules 15 when the shutter member 87 is positioned so as to cover the entire front side of the housing 13. It is provided in accordance with the position of the mouth 17.
  • this position is referred to as “open position” for convenience of explanation
  • the amount of air taken in from the intake port 17 is reduced. It has become the largest.
  • the amount of air taken in from the intake port 17 can be adjusted by positioning the shutter member 87 in the “open position” by sliding it little by little to the left or right. Then, when the ventilation hole 89 in the shutter member 87 is positioned so as to overlap the front side surface of the plurality of boxes 16 containing the battery modules 15 (this position is referred to as “closed position” for convenience of description). The intake of air from the intake port 17 is blocked. For example, when heat generation of the battery module 15 of about 20 W is assumed, the size in the width direction of the ventilation hole 89 provided in the shutter member 87 is preferably about 5 to 20 mm.
  • the ventilation hole 89 may be provided with a mesh member that contributes to adjustment of the ventilation amount.
  • the battery system 81 In the battery system 81 according to the third embodiment, not only the rear side of one housing 13 but also the front side of the housing 13 is provided with a ventilation amount adjusting mechanism 83 that functions as the “ventilation amount adjusting unit” of the present invention.
  • the structure to provide was adopted. Therefore, according to the battery system 81 which concerns on 3rd Embodiment, compared with the battery system 11 which concerns on 1st Embodiment, realization of finer temperature adjustment can be anticipated.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram of a shutter member 91 according to a modification of the third embodiment.
  • Differences between the shutter member 87 according to the third embodiment and the shutter member 91 according to the modification of the third embodiment are as follows. That is, in the shutter member 87 according to the third embodiment, a rectangular shape is adopted as the shape of the ventilation hole 89, whereas in the shutter member 91 according to the modified example of the third embodiment, the shape of the ventilation hole 93 is A shape in which the opening area of the vent hole 93 changes non-linearly when the shutter member 87 is slid by covering the two adjacent sides of the rectangular shape obliquely with the two sides partially remaining. The point of adoption is very different. Other configurations are the same as those of the third embodiment.
  • the shutter member 91 according to the modification of the third embodiment employs a shape in which the opening area of the ventilation hole 93 changes nonlinearly when the shutter member 87 is slid. Therefore, according to the modification of the third embodiment, it is possible to expect finer temperature adjustment as a result of the ability to finely adjust the ventilation rate compared to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a functional block diagram showing the configuration of the integrated control unit 101 and its surroundings according to the fourth embodiment.
  • Differences between the integrated control unit 25 according to the first embodiment and the integrated control unit 101 according to the fourth embodiment are as follows. That is, in the integrated control unit 25 according to the first embodiment, when the correlation value of the temperature detection value by the cell temperature sensor 37 becomes equal to or lower than the reference temperature value (first reference temperature threshold value T1), the battery module 15 For the purpose of keeping warm, the operation of the air blowing unit 20 is weakened and the damper mechanism unit 23 performs a heat keeping operation of adjusting the air flow rate to the zero side.
  • the integrated control unit 101 when the correlation value of the temperature detection value by the cell temperature sensor 37 is equal to or lower than a predetermined reference temperature value (first reference temperature threshold value T1).
  • first reference temperature threshold value T1 a predetermined reference temperature value
  • the point of performing control for supplying the power of the battery module 15 to the load 103 is related to the first embodiment. It is greatly different from the integrated control unit 25. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the integrated control unit 101 receives supply of DC power from the battery module 15 and also includes a cell temperature sensor 37 provided in the battery cell 35 built in the battery module 15.
  • the correlation value of the detected cell temperature value is input, and the battery module 15 is kept warm when the correlation value of the input cell temperature detection value is equal to or lower than the reference temperature value (first reference temperature threshold value T1).
  • the power supply of the battery module 15 is controlled to be supplied to the load 103.
  • the integrated control unit 101 includes a load driving power source 105, a load circuit 107, a relay switch 109, and a comparison calculation unit 111.
  • the load driving power source 105 is connected to the battery module 15.
  • the load driving power source 105 has a function of receiving supply of DC power from the battery module 15 and supplying the DC power to the load 103 via the load circuit 107 and the relay switch 109.
  • the load circuit 107 is an electric circuit that connects the load driving power source 105 and the load 103 with a relay switch 109 interposed therebetween.
  • the comparison calculation unit 111 compares the correlation between the cell temperature detection value and the reference temperature value (first reference temperature threshold T1), and the cell temperature detection correlation value is equal to or less than the reference temperature value. In such a case, a load drive control signal for driving the load 103 is output. In response to this load drive control signal, the relay switch 109 operates to close the normally open contact NC of the load circuit 107. Thereby, the electric power of the battery module 15 is supplied to the load 103.
  • the load 103 for example, any type of motor, electromagnetic switch, electromagnetic pump, etc. may be adopted as long as it has a function of consuming power by performing some operation upon receiving power supply. Also good. This is because it is the existence significance of the load 103 that promotes heat generation due to the discharge of the battery module 15. However, if the load 103 is related to the battery system according to the fourth embodiment, it is more preferable from the viewpoint of suppressing wasteful power consumption.
  • the heat insulation operation of the blower 20 and the damper mechanism 23 is performed.
  • a configuration for performing control for supplying the power of the battery module 15 to the load 103 is adopted. Therefore, according to the battery system which concerns on 4th Embodiment, the heat retention effect of the battery module 15 can be heightened compared with the battery system 11 which concerns on 1st Embodiment.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram comparing the output voltage characteristics with respect to the discharge time of the battery module 15 using temperature parameters (0 degrees Celsius and 25 degrees Celsius). As shown in FIG. 11, the output voltage characteristic when the battery temperature is 25 degrees Celsius can maintain the predetermined voltage V1 longer than that when the battery temperature is 0 degrees Celsius, and the battery performance is Is advantageous in that it can be exhibited satisfactorily.
  • the battery module 15 can be maintained at an appropriate temperature. As a result, the performance of the battery module 15 can be exhibited satisfactorily. For example, even when a large-scale battery system such as a megawatt class is constructed, temperature adjustment for efficiently functioning the battery module 15 can be performed in a timely manner.

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Abstract

本発明に係る電池システム（１１）は、内部空間を有する筺体（１３）と、複数の電池セル（３５）を接続してなる電池モジュール（１５）と、内部空間に空気を取り込むための取込口（１７）と、内部空間の空気を筐体（１３）の外部へ排出するための排出口（１９）と、取込口（１７）から排出口（１９）へ至る通風路（１８）を通る風の量を調節する通風量調節部（２０，２３，２５）と、を備える。電池モジュール（１５）は、通風路（１８）に設けられる。本発明に係る電池システム（１１）によれば、適用対象としての構造物の汎用性を保ちつつ、電池モジュール（１５）を適温に維持することができる。

Description

電池システム
　本発明は、複数の電池セルを接続してなる電池モジュールを適温に維持する電池システムに関する。
　最近、風力や太陽光などの自然エネルギー（再生可能エネルギー）を利用した発電技術が注目を集めている。また、発電所と需要家との間を例えばメッシュ状に結ぶ電力系統を、ＩＴ（Information Technology）技術を活用して効率的に運用するスマートグリッド（次世代送電網）と呼ばれる技術も、電力系統の安定化を担う技術として注目されている。
　電力系統では、例えば、電力の需給バランスが崩れることによって系統事故を生じるおそれがある。かかる系統事故の発生に起因する停電を未然に防ぐ目的で、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池（電池セル）を複数接続してなる電池モジュールを含む電池システムが用いられている。こうした電池システムのなかには、複数の電池モジュールを組み合わせることによって、メガワット級の電力を出力可能なものもある。
　このような電池システムでは、効率的な充放電が可能な適正温度環境に電池セルを置くために、電池セルの温度を調整することが重要である。電池セルの温度調整技術として、例えば特許文献１には、蓄電装置に蓄えられた電力を、動力源としてのモータに供給することで駆動する車両において、吸気流路及び排気流路に接続され、排気流路から車室に排気される空気を吸気流路へ循環させる循環流路と、循環流路を通じた吸気流路及び排気流路を流通する空気の再循環経路を形成するための流路切替手段と、を有し、流路切替手段を車室との境界に配置した蓄電装置の温度調節装置が開示されている。
　特許文献１に係る温度調整技術によれば、装置自体の配置スペースの効率化を図りつつ、好適な温度調整を図ることができるという。
特開２００９－２７２１１２号公報
　しかしながら、特許文献１に係る温度調整技術は、室内部、室外部、および、これら各部の間を仕切る境界を有し、かつ、室外部に蓄電装置の設置スペースを有する車両のような構造物に適用した場合に限り、装置自体の配置スペースの効率化を図ることができるのであって、適用対象としての構造物の汎用性に欠けるという課題があった。
　本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、適用対象としての構造物の汎用性を保ちつつ、電池モジュールを適温に維持することができるようにすることを目的とする。
　本発明は、内部空間を有する筺体と、前記内部空間に設けられ、複数の電池セルを接続してなる電池モジュールと、前記筺体に設けられ、前記内部空間に空気を取り込むための取込口と、前記筺体に設けられ、前記内部空間の空気を該筐体の外部へ排出するための排出口と、前記取込口から前記排出口へ至る通風路を通る風の量を調節する通風量調節部と、を備え、前記電池モジュールは、前記通風路に設けられる、ことを最も主要な特徴とする。
　本発明によれば、適用対象としての構造物の汎用性を保ちつつ、電池モジュールを適温に維持することができる。
本発明の第１実施形態に係る電池システムの概略構成を表す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る電池システムのダンパ機構部周辺の構成を拡大して表す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る電池システムの外観を前方側から視た斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る電池システムの外観を後方側から視た斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る電池システムの温度制御動作の説明に供するフローチャート図である。 本発明の第１実施形態に係る電池システムの温度制御動作の説明に供するタイムチャート図である。 本発明の第２実施形態に係る電池システムの外観を表す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る電池システムの通風量調節機構を表す説明図である。 本発明の第３実施形態に係る電池システムの通風量調節機構のうち、移動部材の変形例に係る構成を拡大して表す説明図である。 本発明の第４実施形態に係る電池システムのうち、制御部周辺の構成を表す説明図である。 電池モジュールの放電時間に対する出力電圧特性を、温度パラメータを用いて対比した説明図である。
　以下に、本発明の複数の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
　はじめに、第１実施形態に係る電池システム１１について、図１～図４を参照しながら詳細に説明する。図１は、第１実施形態に係る電池システム１１の概略構成を表す説明図である。図２は、第１実施形態に係る電池システム１１の可動ダンパ周辺の構成を拡大して表す説明図である。図３は、第１実施形態に係る電池システム１１の外観を前方側から視た斜視図である。図４は、第１実施形態に係る電池システム１１の外観を後方側から視た斜視図である。
（第１実施形態に係る電池システム１１の構成）
　第１実施形態に係る電池システム１１は、図１に示すように、内部空間を有する直方体形状の筺体１３と、電池モジュール１５と、取込口１７と、排出口１９と、送風部２０と、統合制御部２５とを備えて構成されている。
　なお、送風部２０、ダンパ機構部２３、統合制御部２５は、それぞれが本発明の“通風量調節部”として機能する。また、送風部２０は、本発明の“通風創出部”に相当し、ダンパ機構部２３は、本発明の“通風量調節機構”の一態様に相当し、統合制御部２５は、本発明の“制御部”に相当する。
　電池モジュール１５は、図１に示すように、直流電源回路３１と、電池セル監視部３３と、を備えて構成されている。電池モジュール１５は、図３に示すように、略直方体形状の函体１６に収容されている。実際には、函体１６に収容された電池モジュール１５は、図３に示すように、筺体１３の内部空間に複数（図３の例では５つ）並列に、相互に間隔を置いて設けられている。
　直流電源回路３１は、複数（図１の例では３つ）の電池セル３５を直列に接続して構成されている。電池セル３５としては、例えば、リチウムイオン二次電池を好適に用いることができる。複数の電池セル３５のそれぞれには、電池セル３５周囲の温度を検出するセル温度センサ３７と、セル電圧を検出する不図示のセル電圧センサとが設けられている。
　電池セル監視部３３は、ひとつの電池モジュール１５に対して一対一で設けられている。図３に示す例では、電池セル監視部３３は、５つ設けられている。電池セル監視部３３は、電池モジュール１５を構成する複数の電池セル３５の管理機能を有する。具体的には、電池セル監視部３３は、セル温度センサ３７、および、セル電圧センサからそれぞれの温度および電圧に関する検出値を取得し、これら検出値に基づいて、それぞれの電池セル３５毎の充電度（ＳＯＣ：State Of Charge）を、温度補正を加味して求める。また、電池セル監視部３３は、それぞれの電池セル３５毎のセル電圧に基づいて、過充電または過放電の診断を行なう。
　取込口１７は、図１および図３に示すように、筺体１３の前側（電池モジュール１５が収容された函体１６を望む側）に設けられている。取込口１７は、筺体１３の内部空間に空気を取り込む役割を果たす。
　なお、函体１６の前側に、取込口１７を設けてもよい。
　排出口１９は、図１～図４に示すように、筺体１３の後側（送風ファン２１の設置側）に設けられている。排出口１９は、筺体１３の内部空間の空気を筐体１３の外部へ排出する役割を果たす。
　なお、函体１６の後側に、排出口１９を設けてもよい。
　取込口１７から排出口１９へと至る筺体１３の内部空間には、風の通り路である通風路１８が設けられている。この通風路１８を挟むように、図１および図３に示すように、電池モジュール１５をそれぞれに収容した複数の函体１６が並列に、相互に間隔を置いて設けられている。
　送風部２０は、筺体１３の後側に設けられている。送風部２０は、送風ファン２１およびファンモータ２２からなる。送風ファン２１は、図２に示すように、ファンモータ２２によって回転駆動される。送風部２０は、図１～図４に示すように、電池モジュール１５の冷却が必要な場合に、通風路１８を通る前側から後側への風の流れを創り出す役割を果たす。
　ダンパ機構部２３は、通風路１８の風の流れ方向を基準として、電池モジュール１５が収容された函体１６と、送風ファン２１との間に設けられている。ダンパ機構部２３は、通風路１８の断面積を変化させることで通風量を調節する役割を果たす。実際には、ダンパ機構部２３は、図２に示すように、本発明の“回動部材”に相当する複数（図２の例では３つ）のダンパ４１と、ダンパ４１の回転支軸４３と、ダンパ駆動モータ４５と、駆動側プーリ４７と、一対の従動側プーリ４８と、駆動ベルト４９とを備えて構成されている。
　複数の各ダンパ４１は、筺体１３に一側（回転支軸４３）が軸支され、他側（自由端側）が通風路１８を開放または閉止するように回転動作する。図２において、通風路１８を最も開放した状態に位置づけられたダンパ４１ａを実線で示す一方、通風路１８を完全に閉止した状態に位置づけられたダンパ４１ｂを二点鎖線で示している。前記した開放状態から閉止状態に至る回転位置のうちいずれかに、ダンパ４１を回転動作させつつ位置づけることによって、通風路１８を通る風の量を調整可能になっている。
　複数のダンパ４１のうち、いずれか一（図２の例では最上位に位置するダンパ４１）の回転支軸４３には、この回転支軸４３に回転力を与えるダンパ駆動モータ４５、および、この回転支軸４３の回転力をその他のダンパ４１に伝えるための駆動側プーリ４７がそれぞれ設けられている。
　前記したその他のダンパ４１には、一対の従動側プーリ４８がそれぞれ設けられている。駆動側プーリ４７、および、一対の従動側プーリ４８のそれぞれには、不図示の外歯が設けられている。また、駆動側プーリ４７、および、一対の従動側プーリ４８のそれぞれには、前記した外歯にかみ合う内歯４９ａが形成された駆動ベルト４９が掛け渡されている。
　なお、送風部２０、ダンパ機構部２３、および、統合制御部２５を動作させるための電力は、自前の電池モジュール１５から供給されている。ただし、送風部２０、ダンパ機構部２３、または、統合制御部２５のうち少なくともいずれかを動作させるための電力を、外部電源から受電する構成を採用してもよい。
　統合制御部２５は、複数（図３の例では５つ）の電池セル監視部３３に接続されると共に、ファンモータ２２およびダンパ駆動モータ４５にそれぞれ接続されている。統合制御部２５は、詳しくは後記するが、セル温度センサ３７による温度検出値の相関値が予め定められる基準温度値以下となった場合に、ファンモータ２２の回転動作を弱めると共に、通風路１８の通風量を零側に調節する制御（保温運転制御）を行う機能を有する。
　具体的には、電池セル監視部３３は、複数（図１の例では３つ）のセル温度センサ３７から取得したセル温度に基づくセル温度情報（例えば、複数のセル温度値の平均値、最小値、最大値など）を、通信線３９（図１参照）を介して統合制御部２５に渡す。これを受けて統合制御部２５は、複数（図３の例では５つ）の電池モジュール１５のそれぞれに関するセル温度情報を集計し、適当な演算（例えば、複数のセル温度情報の平均値、最小値、最大値など）を施すことにより、代表特性温度Ｔｃを取得するように動作する。
　そして、統合制御部２５は、求められた代表特性温度Ｔｃと、あらかじめ設定された第１および第２の基準温度しきい値Ｔ１，Ｔ２との大小関係に係る比較・判定を行い、その判定結果に従って、後記する通常運転モードまたは保温運転モードでの制御を実行する。
　詳しく述べると、例えば、代表特性温度Ｔｃが、予め定められる第２の基準温度しきい値Ｔ２を超えており、電池モジュール１５の保温が不要と判断された場合、統合制御部２５は、通常運転モードによる通風量調節制御を行う。この通常運転モードによる通風量調節制御では、駆動ベルト４９は、ダンパ駆動モータ４５の反時計周り方向の回転に伴って図２中のＢ方向とは逆の方向に動く。すると、ダンパ４１の回転支軸４３に設けられた駆動側プーリ４７、および、一対の従動側プーリ４８は、反時計周り方向に回転する。すると、ダンパ４１は、図２中のＡ方向とは逆の開放方向に回転動作する。
　なお、通常運転モードによる通風量調節制御では、ファンモータ２２は、統合制御部２５から送られてくる駆動制御信号に従う速度で回転している。
　要するに、通常運転モードによる通風量調節制御では、充電または放電動作に伴うジュール熱によって、電池モジュール１５のセル温度が上昇する傾向にあるケースを想定し、かかるケースでは、電池モジュール１５が収容された函体１６の側面に沿って風を通す。ここで、通常運転モードによる通風量調節制御では、ダンパ４１は開放状態にあり、送風ファン２１は回転動作している。このため、前記の函体１６の側面に沿う通風は、その流れを阻害することなく円滑に行われる。これにより、電池モジュール１５の加熱を抑えて、電池モジュール１５を適温に維持するようにしている。
　前記とは逆に、代表特性温度Ｔｃが、予め定められる第１の基準温度しきい値Ｔ１以下であり、電池モジュール１５の保温が必要と判断された場合、統合制御部２５は、保温運転モードによる通風量調節制御を行う。この保温運転モードによる通風量調節制御では、駆動ベルト４９は、ダンパ駆動モータ４５の時計周り方向の回転に伴って図２中のＢ方向に動く。すると、ダンパ４１の回転支軸４３に設けられた駆動側プーリ４７、および、一対の従動側プーリ４８は、時計周り方向に回転する。すると、ダンパ４１は、図２中のＡ方向で示す閉止方向に回転動作する。これにより、通風路１８における風の流れを遮断して、電池モジュール１５の保温を図る。
　なお、保温運転モードによる通風量調節制御では、ファンモータ２２は、統合制御部２５から送られてくる駆動制御信号に従って、その回転を停止している。
　要するに、保温運転モードによる通風量調節制御では、充電または放電動作に伴うジュール熱によっても、電池モジュール１５のセル温度が低下する傾向にあるケースを想定し、かかるケースでは、電池モジュール１５が収容された函体１６の側面に沿う風の流れを遮断する。ここで、保温運転モードによる通風量調節制御では、ダンパ４１は閉止状態にあり、送風ファン２１はその回転を停止している。このため、前記の函体１６の側面に沿う風の流れは遮断されている。これにより、電池モジュール１５の放熱を抑えて、電池モジュール１５を適温に維持するようにしている。
（第１実施形態に係る電池システム１１の動作）
　次に、第１実施形態に係る電池システム１１の動作について、図５および図６を参照して説明する。図５は、第１実施形態に係る電池システム１１の温度制御動作の説明に供するフローチャート図である。図６は、第１実施形態に係る電池システム１１の温度制御動作の説明に供するタイムチャート図である。図５に示す処理の流れは、第１実施形態に係る電池システム１１の主電源スイッチ（不図示）がオンされている場合に、所定時間毎（例えば３秒毎などの、予め任意に定められる時間）に開始される。
　ステップＳ１において、統合制御部２５は、代表特性温度Ｔｃの取得処理を行う。この代表特性温度Ｔｃの取得は、次の手順により遂行される。すなわち、統合制御部２５は、複数（図３の例では５つ）の電池セル監視部３３から送られてきたセル温度情報を集計し、適当な演算（例えば、複数のセル温度情報の平均値をとるか、最小値をとるか、または、最大値をとるかなど）を施すことにより、代表特性温度Ｔｃを取得する。
　なお、代表特性温度Ｔｃは、本発明の“電池温度検出部（セル温度センサ３７）による温度検出値の相関値”に相当する。
　ステップＳ２において、統合制御部２５は、第１実施形態に係る電池システム１１の動作モードが、電池モジュール１５を冷却するための通常運転モードか、または、電池モジュール１５を保温するための保温運転モードか、を調べる。この調査の結果、第１実施形態に係る電池システム１１の動作モードが通常運転モードの場合、統合制御部２５は、処理の流れをステップＳ３へと進ませる。一方、第１実施形態に係る電池システム１１の動作モードが保温運転モードの場合、統合制御部２５は、処理の流れをステップＳ４へと進ませる。
　第１実施形態に係る電池システム１１の動作モードが通常運転モードの場合、ステップＳ３において、統合制御部２５は、ステップＳ１で取得した代表特性温度Ｔｃと、第１の基準温度しきい値Ｔ１との大小関係に係る比較・判定を行う。
　ステップＳ３の比較・判定の結果、代表特性温度Ｔｃが第１の基準温度しきい値Ｔ１以上である旨（ステップＳ３の“Ｎｏ”参照）の判定が下された場合、統合制御部２５は、第１実施形態に係る電池システム１１の動作モードを、そのまま通常運転モードに維持させる制御を行い、この制御の実行後に、処理の流れを終了させる。
　一方、ステップＳ３の比較・判定の結果、代表特性温度Ｔｃが第１の基準温度しきい値Ｔ１と比べて低い旨（ステップＳ３の“Ｙｅｓ”参照）の判定が下された場合、ステップＳ４において、統合制御部２５は、次の手順を用いて、第１実施形態に係る電池システム１１の動作モードを、通常運転モードから保温運転モードに切り換える制御（図６の時刻ｔ１参照）を行う。具体的には、統合制御部２５は、ファンモータ２２の動作を弱めると共に、ダンパ４１を閉止状態側に駆動することで通風量を零側に調節する制御（保温運転制御）を行う。
　さらに詳しく述べると、ステップＳ４ａにおいて、統合制御部２５は、ファンモータ２２の動作を弱める制御を行う。ここで、ファンモータ２２の動作を弱めるとは、直前までのファンモータ２２の回転速度と比べて、低い回転速度で動作させることを意味する。また、低い回転速度で動作させるとは、ファンモータ２２の回転を停止させることを含む。
　このように、ダンパ４１を閉止状態側に駆動するのに先立って、ファンモータ２２の動作を弱める制御を行うのは、ダンパ駆動モータ４５の負荷を減じる趣旨である。すなわち、通風路１８における通風量が大きい状態でダンパ４１を閉止状態側に駆動しようとすると、空気抵抗に抗するだけの大きな駆動力を要し、ダンパ駆動モータ４５に多大な負荷を強いることになるからである。
　次いで、ステップＳ４ｂにおいて、統合制御部２５は、ダンパ４１を閉止状態側に駆動することで通風量を零側に調節する制御を行う。ここで、ダンパ４１を閉止状態側に駆動するとは、直前までのダンパ４１の回転位置と比べて、閉止状態側に位置づけるようにダンパ駆動モータ４５を駆動することを意味する。また、閉止状態側に位置づけるとは、通風路１８を完全に閉止した状態にダンパ４１（図２の４１ｂ参照）を位置づけることを含む。
　前記した動作モード切り換え制御の実行後に、統合制御部２５は、処理の流れを終了させる。
　さて、第１実施形態に係る電池システム１１の動作モードが保温運転モードの場合、ステップＳ５において、統合制御部２５は、ステップＳ１で取得した代表特性温度Ｔｃと、第２の基準温度しきい値Ｔ２との大小関係に係る比較・判定を行う。
　ステップＳ５の比較・判定の結果、代表特性温度Ｔｃが第２の基準温度しきい値Ｔ２以下である旨（ステップＳ５の“Ｎｏ”参照）の判定が下された場合、統合制御部２５は、第１実施形態に係る電池システム１１の動作モードを、そのまま保温運転モードに維持させる制御を行い、この制御の実行後に、処理の流れを終了させる。
　一方、ステップＳ５の比較・判定の結果、代表特性温度Ｔｃが第２の基準温度しきい値Ｔ２と比べて高い旨（ステップＳ５の“Ｙｅｓ”参照）の判定が下された場合、ステップＳ６において、統合制御部２５は、第１実施形態に係る電池システム１１の動作モードを、保温運転モードから通常運転モードに切り換える制御（図６の時刻ｔ２参照）を行い、この制御の実行後に、処理の流れを終了させる。
　前記した動作説明では、第１実施形態に係る電池システム１１の動作モードを、通常運転モードから保温運転モードへと切り換えるタイミングをはかる場合、代表特性温度Ｔｃと第１の基準温度しきい値Ｔ１との大小関係を比較・判定する構成を採用した。ここで、第１実施形態に係る電池システム１１の動作モードを、通常運転モードから保温運転モードへと切り換える要請が生じるケースとは、図６に示すように、充電または放電動作に伴うジュール熱によっても、電池モジュール１５のセル温度が低下する傾向にあるケースが相当する。かかるケースでは、電池モジュール１５が収容された函体１６の側面に沿う風の流れを遮断することにより、電池モジュール１５の放熱を抑えて、電池モジュール１５を適温に維持する。
　一方、第１実施形態に係る電池システム１１の動作モードを、保温運転モードから通常運転モードへと切り換えるタイミングをはかる場合、代表特性温度Ｔｃと第２の基準温度しきい値Ｔ２（第１の基準温度しきい値Ｔ１よりも高い値に設定される）との大小関係を比較・判定する構成を採用した。ここで、第１実施形態に係る電池システム１１の動作モードを、保温運転モードから通常運転モードへと切り換える要請が生じるケースとは、図６に示すように、充電または放電動作に伴うジュール熱によって、電池モジュール１５のセル温度が上昇する傾向にあるケースが相当する。かかるケースでは、電池モジュール１５が収容された函体１６の側面に沿って風を通すことにより、電池モジュール１５の冷却を促進させる。
　要するに、第１実施形態に係る電池システム１１では、その動作モードを切り換えるためのタイミングを決定する基準温度しきい値（第１および第２の基準温度しきい値Ｔ１，Ｔ２）に対し、往路と復路とで経路が異なるヒステリシス特性を与えている。これにより、第１実施形態に係る電池システム１１の動作モードが、短い時間で頻繁に切り換わる、いわゆるハンチング現象を抑制するようにしている。
　なお、電池モジュール１５内の電池セル３５の数および配置としては、特に限定されないが、例えば、７つの電池セル３５を直列に接続する構成を採用することができる。また、第１の基準温度しきい値Ｔ１としては、特に限定されないが、例えば、摂氏０度～５度程度を好適に採用することができる。さらに、第２の基準温度しきい値Ｔ２としては、特に限定されないが、例えば、摂氏５度～１５度程度を好適に採用することができる。このような第１および第２の基準温度しきい値Ｔ１，Ｔ２に係る設定値は、電池セル３５としてリチウムイオン二次電池を採用した場合、その性能を維持する上で好ましい。
（第１実施形態に係る電池システム１１の作用効果）
　第１実施形態に係る電池システム１１では、取込口１７から排出口１９へ至る通風路１８を通る風の量を調節する“通風量調節部”として、送風部２０、ダンパ機構部２３、および、統合制御部２５を備え、電池モジュール１５は、通風路１８に設けられる。
　このため、第１実施形態に係る電池システム１１によれば、適用対象となる構造物の物理的な構造に関わらず、温度調整システムを導入することができる。したがって、適用対象としての構造物の汎用性を保ちつつ、電池モジュール１５を適温に維持することができる。
　また、第１実施形態に係る電池システム１１では、本発明に係る“通風量調節部”として、通風路１８を通る風の流れを創り出す送風部２０（通風創出部）と、通風路１８の断面積を変化させることで通風量を調節するダンパ機構部２３（通風量調節機構）と、送風ファン２１およびファンモータ２２（通風創出部）、または、ダンパ機構部２３（通風量調節機構）の少なくともいずれか一方の通風量調節動作を制御する統合制御部２５（制御部）と、を備えた。
　したがって、第１実施形態に係る電池システム１１によれば、風の流れの強弱、または、通風量の大小の少なくともいずれか一方を制御することによって、きめ細かな温度調整を実現することができる。
　また、第１実施形態に係る電池システム１１では、ダンパ機構部２３（通風量調節機構）は、筺体１３に一側（回転支軸４３）が軸支され、他側（自由端側）が通風路１８を開放または閉止するように回転動作するダンパ４１（回動部材）よりなる。
　したがって、第１実施形態に係る電池システム１１によれば、ダンパ４１の回転位置調整を通じて通風量を制御することによって、きめ細かな温度調整を実現することができる。
　また、第１実施形態に係る電池システム１１では、その動作モードを、通常運転モードから保温運転モードに切り換える制御を行うに際し、ダンパ４１を閉止状態側に駆動するのに先立って、ファンモータ２２の動作を弱める制御を行う構成を採用した。
　したがって、第１実施形態に係る電池システム１１によれば、通風路１８における空気抵抗を減らすことを通じて、ダンパ４１を回転駆動するダンパ駆動モータ４５の負荷を減じることができる。
　また、第１実施形態に係る電池システム１１では、その動作モードを切り換えるためのタイミングを決定する基準温度しきい値（第１および第２のしきい値Ｔ１，Ｔ２）に対し、往路と復路とで経路が異なるヒステリシス特性を与える構成を採用した。
　したがって、第１実施形態に係る電池システム１１によれば、その動作モードが短い時間で頻繁に切り換わる、いわゆるハンチング現象を抑制することができる。
＜第２実施形態＞
　次に、第２実施形態に係る電池システム７１について、図７を参照しながら詳細に説明する。図７は、第２実施形態に係る電池システム７１の外観を表す斜視図である。第２実施形態に係る電池システム７１と、第１実施形態に係る電池システム１１とは、基本的な構成がほぼ共通している。そこで、両者間で共通の機能を有する部材には共通の符号を付し、その重複した説明を省略する。そして、両者間の相違点に注目して説明を進める。
　第１実施形態と第２実施形態との相違点は次の通りである。
　すなわち、第１実施形態に係る電池システム１１では、ひとつの筐体１３に対し、送風部２０およびダンパ機構部２３がそれぞれひとつずつ設けられている。
　これに対し、第２実施形態に係る電池システム７１では、ひとつの収納ラック７３に対し、それぞれに複数（図７の例では５つ）の電池モジュール１５を収納した複数（図７の例では５つ）の筐体１３を、縦方向に重ねて収納している。個々の筐体１３には、送風部２０、ダンパ機構部２３、および、統合制御部２５は設けられていない。
　その代わりに、収納ラック７３の上部には、複数の筐体１３のそれぞれに設けられた通風路１８における通風量を調節するための送風部２０およびダンパ機構部２３、並びに、複数の筐体１３のそれぞれに収納された電池モジュール１５の通風量調整などの制御を司る統合制御部２５が、それぞれひとつずつ設けられている。
　なお、第２実施形態において、個々の電池モジュール１５を収容した複数の函体１６の狭間に取込口１７および通風路１８が設けられている点、並びに、送風部２０に排出口１９が設けられている点は、第１実施形態と同じである。
　第２実施形態に係る電池システム７１では、ひとつの収納ラック７３に対し、それぞれに複数の電池モジュール１５を収納した複数の筐体１３を、縦方向に重ねて収納する構成を採用した。
　したがって、第２実施形態に係る電池システム７１によれば、大規模な電池システムを構築した場合であっても、個々の電池モジュールの温度調整を適切に実現することができる。
＜第３実施形態＞
　次に、第３実施形態に係る電池システム８１について、図８（ａ），図８（ｂ）を参照しながら詳細に説明する。図８（ａ）は、第３実施形態に係る電池システム８１の外観を表す斜視図である。図８（ｂ）は、第３実施形態に係る電池システム８１の前部を右側方から視た図である。
　第３実施形態に係る電池システム８１と、第１実施形態に係る電池システム１１とは、基本的な構成がほぼ共通している。そこで、両者間で共通の機能を有する部材には共通の符号を付し、その重複した説明を省略する。そして、両者間の相違点に注目して説明を進める。
　第１実施形態と第３実施形態との相違点は次の通りである。
　すなわち、第１実施形態に係る電池システム１１では、ひとつの筐体１３の後側に、本発明の“通風量調節部”として機能するダンパ機構部２３が設けられている。
　これに対し、第３実施形態に係る電池システム８１では、ひとつの筐体１３の前側にも、本発明の“通風量調節部”として機能する通風量調節機構８３を設けた点が、第１実施形態とは大きく相違している。その他の構成は、第１実施形態と同じである。
　第３実施形態に係る通風量調節機構８３は、筐体１３における前側の上辺部および下辺部のそれぞれに設けられた一対のガイドレール８５ａ，８５ｂと、平板形状のシャッタ部材８７とからなる。シャッタ部材８７は、本発明の“移動部材”に相当する。また、個々の電池モジュール１５を収容した複数の函体１６の狭間（本発明の“風を通す通風部”に相当する。）と、複数の函体１６の前側面（本発明の“風を遮る遮風部”に相当する。）との組み合わせによって、本発明の“通風部材”が形成されている。
　一対のガイドレール８５ａ，８５ｂは、図８（ａ），図８（ｂ）に示すように、それぞれの断面が略Ｕ字形状のＵ字溝８６を有する。これらのガイドレール８５ａ，８５ｂは、そのＵ字溝８６の開放側が相互に相対するように位置して設けられている。一対のガイドレール８５ａ，８５ｂのそれぞれの長さは、筐体１３における前側の上辺部および下辺部の長さとほぼ同じである。
　シャッタ部材８７は、筐体１３における前側をほぼ覆うことのできる程度のサイズに形成されている。シャッタ部材８７は、その上辺および下辺のそれぞれが、一対のガイドレール８５ａ，８５ｂのＵ字溝８６に嵌り合うことにより、ガイドレール８５ａ，８５ｂの長手方向に沿って往復移動自在（図８（ａ）の矢印８８で示す方向参照）に設けられている。シャッタ部材８７には、上方方向に延びる長方形状の複数（図８（ａ）の例では６つ）の通風孔８９が、ガイドレール８５ａ，８５ｂの長手方向において相互に等しい間隔を置いて設けられている。
　シャッタ部材８７における通風孔８９は、筐体１３における前側全面を覆うようにシャッタ部材８７を位置させた場合に、個々の電池モジュール１５を収容した複数の函体１６の狭間に形成される取込口１７の位置に合わせて設けられている。これにより、筐体１３における前側全面を覆うようにシャッタ部材８７を位置（この位置を、説明の便宜上“開放位置”と称する。）させた場合に、取込口１７からの空気の取り込み量が最も大きくなるようになっている。
　また、“開放位置”にあるシャッタ部材８７を、左右いずれかに少しずつスライド移動させて位置付けることによって、取込口１７からの空気の取り込み量を調整可能になっている。そして、シャッタ部材８７における通風孔８９が、電池モジュール１５を収容した複数の函体１６の前側面に重なるように位置（この位置を、説明の便宜上“閉止位置”と称する。）させた場合に、取込口１７からの空気の取り込みが遮断されるようになっている。
　なお、例えば、約２０Ｗ程度の電池モジュール１５の発熱が想定される場合、シャッタ部材８７に開設される通風孔８９の幅方向サイズは、約５～２０ｍｍ程度が好ましい。また、通風孔８９に、通風量の調節などに寄与するメッシュ状の部材を設けてもよい。
　第３実施形態に係る電池システム８１では、ひとつの筐体１３の後側のみならず、その筐体１３の前側にも、本発明の“通風量調節部”として機能する通風量調節機構８３を設ける構成を採用した。
　したがって、第３実施形態に係る電池システム８１によれば、第１実施形態に係る電池システム１１と比べて、よりきめ細かい温度調整の実現を期待することができる。
＜第３実施形態の変形例＞
　次に、第３実施形態の変形例について、図９を参照しながら詳細に説明する。図９は、第３実施形態の変形例に係るシャッタ部材９１の説明図である。
　第３実施形態に係るシャッタ部材８７と、第３実施形態の変形例に係るシャッタ部材９１との相違点は次の通りである。
　すなわち、第３実施形態に係るシャッタ部材８７では、通風孔８９の形状として、長方形状を採用したのに対し、第３実施形態の変形例に係るシャッタ部材９１では、通風孔９３の形状として、長方形状の相互に隣り合う二辺にわたり、それぞれの二辺を部分的に残して斜めに覆うことにより、シャッタ部材８７をスライド移動させた場合に、通風孔９３の開口面積が非線形に変わる形状を採用した点が大きく相違している。その他の構成は、第３実施形態と同じである。
　第３実施形態の変形例に係るシャッタ部材９１では、シャッタ部材８７をスライド移動させた場合に、通風孔９３の開口面積が非線形に変わる形状を採用した。
　したがって、第３実施形態の変形例によれば、第３実施形態と比べて、通風量の微調整を行うことが可能となる結果として、より一層きめ細かい温度調整の実現を期待することができる。
＜第４実施形態＞
　次に、第４実施形態について、図１０を参照しながら詳細に説明する。図１０は、第４実施形態に係る統合制御部１０１およびその周辺の構成を表す機能ブロック図である。
　第１実施形態に係る統合制御部２５と、第４実施形態に係る統合制御部１０１との相違点は次の通りである。
　すなわち、第１実施形態に係る統合制御部２５では、セル温度センサ３７による温度検出値の相関値が基準温度値（第１の基準温度しきい値Ｔ１）以下となった場合に、電池モジュール１５を保温する目的で、送風部２０の動作を弱めると共に、ダンパ機構部２３によって通風量を零側に調節する保温運転を行わせる構成を採用した。
　これに対し、第４実施形態に係る統合制御部１０１では、セル温度センサ３７による温度検出値の相関値が予め定められる基準温度値（第１の基準温度しきい値Ｔ１）以下となった場合に、電池モジュール１５を保温する目的で、送風部２０およびダンパ機構部２３の保温運転制御に加えて、電池モジュール１５の電力を負荷１０３に供給する制御を行う点が、第１実施形態に係る統合制御部２５とは大きく相違している。その他の構成は、第１実施形態と同じである。
　第４実施形態に係る統合制御部１０１は、図１０に示すように、電池モジュール１５からの直流電力の供給を受けると共に、同電池モジュール１５に内蔵される電池セル３５に設けられるセル温度センサ３７によるセル温度検出値の相関値を入力し、入力したセル温度検出値の相関値が基準温度値（第１の基準温度しきい値Ｔ１）以下となった場合に、電池モジュール１５を保温する目的で、電池モジュール１５の電力を負荷１０３に供給する制御を行うように動作する。
　前記の動作を実行するために、第４実施形態に係る統合制御部１０１は、負荷駆動電源１０５、負荷回路１０７、リレースイッチ１０９、および、比較演算部１１１を備えて構成されている。負荷駆動電源１０５は、電池モジュール１５に接続されている。負荷駆動電源１０５は、電池モジュール１５からの直流電力の供給を受けて、この直流電力を、負荷回路１０７およびリレースイッチ１０９を介して負荷１０３に供給する機能を有する。
　負荷回路１０７は、負荷駆動電源１０５と、負荷１０３との間を、リレースイッチ１０９を介在させて接続する電気回路である。比較演算部１１１は、セル温度検出値の相関値と、基準温度値（第１の基準温度しきい値Ｔ１）との大小関係を比較演算し、セル温度検出値の相関値が基準温度値以下となった場合に、負荷１０３を駆動するための負荷駆動制御信号を出力する。この負荷駆動制御信号を受けて、リレースイッチ１０９は、負荷回路１０７の常開接点ＮＣを閉止させるように動作する。これにより、電池モジュール１５の電力は、負荷１０３へと供給される。
　なお、負荷１０３としては、例えば、モータ、電磁開閉機、電磁ポンプなどの、電力の供給を受けて何らかの動作を行うことで電力を消費する機能を有していれば、いかなるものを採用してもよい。電池モジュール１５の放電による発熱を促すことが、負荷１０３の存在意義だからである。ただし、負荷１０３が、第４実施形態に係る電池システムに関連するものであれば、無駄な電力消費を抑える観点から、さらに好ましい。
　第４実施形態に係る統合制御部１０１では、セル温度検出値の相関値が基準温度値以下となった場合に、電池モジュール１５を保温する目的で、送風部２０およびダンパ機構部２３の保温運転制御に加えて、電池モジュール１５の電力を負荷１０３に供給する制御を行う構成を採用した。
　したがって、第４実施形態に係る電池システムによれば、第１実施形態に係る電池システム１１と比べて、電池モジュール１５の保温効果を高めることができる。
（第１～第４実際形態に共通の作用効果）
　次に、第１～第４実際形態に共通の作用効果について、図１１を参照しつつ説明する。図１１は、電池モジュール１５の放電時間に対する出力電圧特性を、温度パラメータ（摂氏０度および摂氏２５度）を用いて対比した説明図である。図１１に示すように、電池の温度が摂氏２５度の場合の出力電圧特性は、電池の温度が摂氏０度の場合のそれと比べて、所定電圧Ｖ１をより長く維持できており、電池の性能を良好に発揮させることができる点で優位である。
　本発明の第１～第４実際形態に係る電池システムによれば、セル温度検出値の相関値が基準温度値以下となるなど、電池モジュール１５の環境温度が比較的低い場合であっても、電池モジュール１５を適温に維持することができる。その結果、電池モジュール１５の性能を良好に発揮させることができる。
　また、例えば、メガワット級などといった大規模な電池システムを構築した場合であっても、電池モジュール１５を効率よく機能させるための温度調整を適時に行うことができる。
［その他の実施形態］
　以上説明した複数の実施形態は、本発明の具現化例を示したものである。従って、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならない。本発明はその要旨またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形態で実施することができるからである。
　１１　　第１実施形態に係る電池システム
　１３　　筺体
　１５　　電池モジュール
　１６　　函体
　１７　　取込口
　１８　　通風路
　１９　　排出口
　２０　　送風部（通風量調節部）
　２１　　送風ファン
　２２　　ファンモータ
　２３　　ダンパ機構部（通風量調節部）
　２５　　統合制御部（通風量調節部）
　３３　　電池セル監視部
　３５　　電池セル
　３７　　セル温度センサ
　４１　　ダンパ（回動部材）
　４３　　回転支軸
　４５　　ダンパ駆動モータ
　４７　　駆動側プーリ
　４８　　一対の従動側プーリ
　４９　　駆動ベルト
　７１　　第２実施形態に係る電池システム
　７３　　収納ラック
　８１　　第３実施形態に係る電池システム
　８３　　通風量調節機構
　８５ａ，８５ｂ　　一対のガイドレール
　８７　　シャッタ部材（移動部材）
　８９　　通風孔
　９１　　第３実施形態の変形例に係るシャッタ部材（移動部材）
　９３　　第３実施形態の変形例に係る通風孔
　１０１　第４実施形態に係る統合制御部
　１０３　負荷
　１０５　負荷駆動電源
　１０７　負荷回路
　１０９　リレースイッチ
　１１１　比較演算部
　Ｔ１　　第１の基準温度しきい値
　Ｔ２　　第２の基準温度しきい値

Claims (9)

  1. 　内部空間を有する筺体と、
    　前記内部空間に設けられ、複数の電池セルを接続してなる電池モジュールと、
    　前記筺体に設けられ、前記内部空間に空気を取り込むための取込口と、
    　前記筺体に設けられ、前記内部空間の空気を該筐体の外部へ排出するための排出口と、
    　前記取込口から前記排出口へ至る通風路を通る風の量を調節する通風量調節部と、
    　を備え、
    　前記電池モジュールは、前記通風路に設けられる、
    　ことを特徴とする電池システム。
  2. 　請求項１に記載の電池システムであって、
    　前記通風量調節部は、
    　前記通風路を通る風の流れを創り出す通風創出部と、
    　前記通風路の断面積を変化させることで通風量を調節する通風量調節機構と、
    　前記通風創出部または前記通風量調節機構の少なくともいずれか一方の通風量調節動作を制御する制御部と、
    　を備えることを特徴とする電池システム。
  3. 　請求項２に記載の電池システムであって、
    　前記通風量調節機構は、前記筺体に一側が軸支され、他側が前記通風路を開放または閉止するように回転動作する回動部材よりなることを特徴とする電池システム。
  4. 　請求項２に記載の電池システムであって、
    　前記通風量調節機構は、
    　前記通風路に設けられ、風を通す通風部および風を遮る遮風部を有する通風部材と、
    　前記通風部を開放または閉止するように前記通風部材に沿って移動する移動部材と、
    　よりなることを特徴とする電池システム。
  5. 　請求項４に記載の電池システムであって、
    　複数の前記電池モジュールは、それぞれが直方体形状の函体に収容され、
    　前記複数の函体は、前記通風路を通る風の流れ方向に沿って設けられ、
    　前記通風部材のうち前記遮風部は、前記複数の函体のうち前記風の流れ方向と略直交する面によって構成され、前記通風部材のうち前記通風部は、前記複数の函体を相互に間隔を置いて設けた際の前記間隔によって構成される、
    　ことを特徴とする電池システム。
  6. 　請求項２に記載の電池システムであって、
    　前記複数の電池セルの温度を検出する電池温度検出部をさらに備え、
    　前記制御部は、前記電池温度検出部による温度検出値の相関値が予め定められる基準温度値以下となった場合に、前記通風創出部の動作を弱めると共に、前記通風量調節機構による通風量を零側に調節する制御を行う、
    　ことを特徴とする電池システム。
  7. 　請求項６に記載の電池システムであって、
    　前記制御部は、前記通風創出部の動作を弱めた後に、前記通風量調節機構による通風量を零側に調節する制御を行う、
    　ことを特徴とする電池システム。
  8. 　請求項６に記載の電池システムであって、
    　前記制御部は、前記電池温度検出部による温度検出値の相関値が予め定められる基準温度値以下となった場合に、前記電池モジュールの電力を負荷に供給する制御を行う、
    　ことを特徴とする電池システム。
  9. 　請求項１に記載の電池システムであって、
    　前記通風量調節部は、電力の供給を受けて動作するものであり、
    　前記電力は、前記電池モジュールから供給される、
    　ことを特徴とする電池システム。
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